專利名稱：一種基于光點圖樣位移的入侵檢測方法
技術領域：
本發(fā)明屬于樓宇安防技術領域，涉及安防系統(tǒng)對外物入侵的檢測，特別涉及一種基于光點圖樣位移的入侵檢測方法。
背景技術：
隨著人們生活水平的提高以及安全防范意識的增加，安防系統(tǒng)的應用越來越廣泛。目前，安防系統(tǒng)中采用的技術手段主要有基于傳統(tǒng)傳感器(紅外、門磁等)的防護技術，基于生物識別的防護技術和基于視頻監(jiān)控的防護技術，其中，傳統(tǒng)傳感器功能相對簡單，通常安裝在出入口，需要被動觸發(fā)才能報警，然而一旦掌握該傳感器的觸發(fā)特點，避開這道防線，那么這樣的防護系統(tǒng)就形同虛設了，而且這樣的防護系統(tǒng)經(jīng)常受到一些非竊賊運動物體的干擾，誤判率較高。而基于生物認證的防護技術同樣需要被動觸發(fā)，僅適用于門禁控制，同樣擁有和基于傳統(tǒng)傳感器的防護技術類似的問題。目前，有許多基于視頻監(jiān)控的防護技術制成的視頻監(jiān)控產(chǎn)品，這類監(jiān)控產(chǎn)品多以PC機為主節(jié)點，采用攝像機24小時不間斷監(jiān)控，錄制存儲現(xiàn)場的視屏錄像，或者由專門工作人員通過監(jiān)視顯示器以便發(fā)現(xiàn)異常事件。這樣只能起到簡單的視頻記錄功能，對PC機的硬盤容量要求非常高，同時需要配備專人監(jiān)視視頻，使得整個系統(tǒng)的成本價高。而且此類視頻監(jiān)控產(chǎn)品往往還只停留在記錄保存視頻圖像上，并未在這些海量視頻數(shù)據(jù)上進行實時的、智能化處理。對于一般的安防視頻監(jiān)控產(chǎn)品，有以下幾大原則需要遵守一是極低的漏檢率和誤檢率，在極端場景中不允許出錯。二是設備的抗干擾能力強，包括環(huán)境中存在的非人為因素，如聲音、光線、溫度的變化；同時也包括一些人為的破壞行為，如無線通信屏蔽、供電切斷、人為的遮蓋等。三是對于廣泛布防以及臨時布防的場景，產(chǎn)品成本需要有一定控制。四是布防不宜過于復雜。五是安防系統(tǒng)需要具有一定的隱蔽性。所有對視頻進行分析處理并做出判斷的監(jiān)控產(chǎn)品面臨的最大問題是誤檢和漏檢的問題。在安防領域中漏檢會造成極大的安全隱患，對漏檢的存在屬于零容忍；而誤檢會造成不必要的人員設備調動，浪費人力物力。因此此類系統(tǒng)肩負著同時降低誤檢率和漏檢率的任務，這對分析識別算法和系統(tǒng)構建是一個極大的難點。

發(fā)明內容
本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術中存在的技術問題，特別創(chuàng)新地提出了一種基于光點圖樣位移的入侵檢測方法。為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提供了一種基于光點圖樣位移的入侵檢測方法，其包括光點圖像初始化階段和入侵檢測階段，所述光點圖像初始化階段包括如下步驟SI :調整攝像頭和光源的位置，拍攝檢測區(qū)域初始光點圖像；所述入侵檢測階段包括如下步驟
S2 :所述攝像頭進行拍攝并將拍攝到的光點圖像傳回主機；S3:所述主機將攝像頭拍攝得到的圖像與初始光點圖像進行比較，判斷是否有外物入侵，如果有外物入侵，則報警，如果沒有外物入侵，則返回步驟S2繼續(xù)檢測。本發(fā)明的基于光點圖樣位移的入侵檢測方法通過變更光點數(shù)量、光點矩陣圖樣及光源位置改變檢測范圍，具有在可變范圍內進行入侵檢測的能力，本發(fā)明通過調整光點以及圖像傳感器的參數(shù)能帶來檢測實時性和效率的提升。同時，本發(fā)明的方法比較容易實現(xiàn)，成本低，具有很大的應用前景。在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例中，對光點圖像進行初始化包括調整攝像頭與光源的距離、調整光點的密度以及調整光點矩陣圖形。本發(fā)明的樓宇安防系統(tǒng)可以通過變更光點數(shù)量、光點矩陣圖樣及光點位置改變檢測范圍，具有在可變范圍內進行入侵檢測的能力。本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。


本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖I是本發(fā)明基于光點圖樣位移的入侵檢測方法的控制流程圖；圖2是本發(fā)明一種優(yōu)選實施方式中樓宇安防系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖；圖3是利用本發(fā)明的基于光點圖樣位移的入侵檢測方法進行外物入侵檢測的示意圖。
具體實施例方式下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術語“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的描述中，除非另有規(guī)定和限定，需要說明的是，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是機械連接或電連接，也可以是兩個元件內部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對于本領域的普通技術人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術語的具體含義。為實現(xiàn)本發(fā)明的基于光點圖樣位移的入侵檢測方法，需要首先構建一個樓宇安防系統(tǒng)，在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式中，如圖2所示，該樓宇安防系統(tǒng)包括視野覆蓋檢測區(qū)域的攝像頭，還包括與該攝像頭相連、用于對攝像頭拍攝圖像進行處理的主機，以及與主機相連、當有外物入侵時進行報警的報警裝置和發(fā)射的光線覆蓋檢測區(qū)域的光源。其中，該攝像頭和光源的位置可調，光源采用脈沖照射方式發(fā)出點陣光線，點陣光線照射到檢測區(qū)域上形成光點矩陣，在攝像頭內設置有能夠檢測光點矩陣變化的圖像傳感器，在光源前還設置有用于調節(jié)光點矩陣形狀和光點數(shù)目的光柵。在本實施方式中，相對于攝像頭位置設置光源的位置，為了方便布防，將攝像頭和光源并列放置，僅保留一定的間距。在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式中，攝像頭與光源的距離范圍為10cm-20cm，在設備封裝可以滿足的情況下盡可能增大攝像頭與光源的距離有利于提高觀測到的光點位移幅度。在本發(fā)明一種更加優(yōu)選的實施方式中，攝像頭與光源的距離為 IOcm0在本實施方式中，光源采用脈沖調制的紅外光源，人眼無法觀測到照射出的點，光源本身能觀測到為微弱紅點，紅外光可以較好地被傳感器觀測到，而不會被人眼察覺，保證了系統(tǒng)的隱蔽性；同時將光源調制為脈沖照射方式，脈沖光源可以區(qū)別于環(huán)境的大多數(shù)相同頻率光線的干擾，如室內環(huán)境中的電燈本身，以及照射進入室內的強烈陽光，使用前后幀差分的方式可以減除環(huán)境中的恒常光線，光源的閃爍頻率需要與傳感器的采樣頻率同步，本系統(tǒng)使用傳感器給出的信號控制光源電源的通斷，嚴格保證每幀圖像曝光時間內光源亮暗穩(wěn)定。如圖I所示，本發(fā)明基于實時有效地視頻分析檢測來檢測外物入侵，本發(fā)明的基于光點圖樣位移的入侵檢測方法包括光點圖像初始化階段和入侵檢測階段，其中，光點圖像初始化階段包括如下步驟SI :調整攝像頭和光源的位置，拍攝檢測區(qū)域初始光點圖像；入侵檢測階段包括如下步驟S2 :攝像頭進行拍攝并將拍攝到的光點圖像傳回主機；S3:主機將攝像頭拍攝得到的圖像與初始光點圖像進行比較，判斷是否有外物入侵，如果有外物入侵，則報警，如果沒有外物入侵，則返回步驟S2繼續(xù)檢測。在本實施方式中，相對于攝像頭位置設置光源的位置，為了方便布防，將攝像頭和光源并列放置，僅保留一定的間距。在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式中，攝像頭與光源的距離范圍為10cm-20cm，在設備封裝可以滿足的情況下盡可能增大攝像頭與光源的距離有利于提高觀測到的光斑位移幅度。在本發(fā)明一種更加優(yōu)選的實施方式中，攝像頭與光源的距離為 IOcm0利用本發(fā)明的樓宇安防系統(tǒng)進行安防時，具體的步驟為第一步調整攝像頭和光源的位置，拍攝檢測區(qū)域初始光點圖像。在本實施方式中，需要調整攝像頭與光源的距離、調整光點的密度以及調整光點矩陣圖形。在本發(fā)明中，為了不發(fā)生漏檢和錯檢的情況，光點需要滿足兩個條件，一是光點密度滿足要求，即單位面積內需要有足夠多的光點，保證外物入侵時足夠多的光點出現(xiàn)位移，如果僅有極少數(shù)光點有抖動，很可能是由于環(huán)境中的不穩(wěn)定造成，如振動以及空氣密度溫度不均勻等，在本實施方式中，檢測區(qū)域上的光點密度為100個/m2-400個/m2，在光源功率足夠的情況下應盡可能提高光點密度。在本發(fā)明一種更加優(yōu)選的實施方式中，光點密度為ΙΟΟ-225/m2。二是光點位移距離，即外物入侵時單個光點需要有足夠的位移，在傳感器精度有限的條件下能夠檢測出位移。從圖3中可見，隨著光源和傳感器逐漸接近，傳感器相當于沿著光源光線方向出發(fā)去觀察檢測區(qū)域，導致即使有外物入侵，觀測到的光點在成像平面上仍然沒有很大位移，從而導致系統(tǒng)失效，因此，為避免漏檢的情況發(fā)生，需要調整攝像頭與光源的距離，使外物入侵時光點的位移足夠大，在本實施方式中，攝像頭與所述光源的距離為IOcm0在本實施方式中，根據(jù)傳感器的靈敏度對光源的光點能量進行調節(jié)，使傳感器檢測到檢測區(qū)域上光點的能量大于其檢測閾值，避免漏檢情況的發(fā)生。另外，通過調整光源前的光柵，改變光柵聚焦和對光點的散射程度，調整光源光點的數(shù)目和光點矩陣圖形，至少要保證人體各種側面呈現(xiàn)給攝像頭時有足夠多的光點照射到人體上，在本實施方式中，傳感器精度要求在有外物入侵時圖像上表現(xiàn)為5-10個光點發(fā)生位移，需要說明的是，本實施方式以檢測人為目的，當檢測目標不同時，需對光點數(shù)量、光點矩陣圖形等幾何參數(shù)做相應調整，以照射到檢測物體上的光點數(shù)量滿足要求為目標。根據(jù)以上步驟，得到了無外物入侵時初始光點圖像。第二步攝像頭始終保持拍攝狀態(tài)進行拍攝并將拍攝到的光點圖像傳回主機。第三步主機根據(jù)攝像頭拍攝得到的光點圖像與初始光點圖像進行比較，判斷是否有外物入侵，如果有外物入侵，則報警，如果沒有外物入侵，則返回第二步繼續(xù)檢測。具體判斷是否有外物入侵的方法為如果攝像頭拍攝得到的圖像上的光點相對于初始光點圖像發(fā)生位移，同時位移光點滿足一定數(shù)量和連通性條件則表示有外物入侵。在本實施方式中，位移光點的數(shù)量不少于3且由所述位移光點圍成的凸多邊形內部沒有未位移光點，則表不有外物入侵。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，如圖3所示，首先根據(jù)需要檢測的區(qū)域設置攝像頭位置，相對于攝像頭位置，設置光源位置，同時設置光源光點的大小、密度和光點矩陣圖樣，得到如圖3(a)所示的原始紅外圖像，經(jīng)過一定幀數(shù)圖像的學習，得到初始光點圖像，并記錄下來，如圖3(b)所示，其中，圖3(b)上半部分為原始紅外圖像，下半部分為經(jīng)過學習后處理得到的圖像，較亮的矩形表示穩(wěn)定且較強的光點，適宜用作光點位移判別標準，亦即學習過程中得到的穩(wěn)定點陣圖樣；空心圓點為即時觀測到的光點，由于采用了不同的門限，即對光點亮度設定高閾值和低閾值，圖中空心圓點為使用高閾值提取到的光點，實心圓點為較低閾值下提取到的光點，空心圓點要少于實心圓點。然后，攝像頭保持拍攝狀態(tài)，正常無外物入侵情況下，空心圓點光點處必然可觀測到實心圓點，但實心圓點未必有空心圓點以對應。在某一時刻拍攝得到圖3(c)中的圖像，將圖3(c)所示的光點圖像與初始光點圖像相比，可以看到圖3(c)中的光點相對于圖3(b)的初始光點圖像中的光點發(fā)生了位移，經(jīng)過判別，若位移光點的數(shù)量連通性和持續(xù)幀數(shù)滿足條件系統(tǒng)給出外物入侵報警，在本實施方式中，在幀率為30fps的情況下連續(xù)10幀檢測到有光點位移，則有外物入侵。本發(fā)明的基于光點圖樣位移的入侵檢測方法通過變更光點數(shù)量、光點矩陣圖樣及光源位置改變檢測范圍，具有在可變范圍內進行入侵檢測的能力，本發(fā)明通過調整光點以及圖像傳感器的參數(shù)能帶來檢測實時性和效率的提升。并且比較容易實現(xiàn)，成本低，具有很大的應用前景。在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，本領域的普通技術人員可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權利要求及其等同物限定。
權利要求
1.一種基于光點圖樣位移的入侵檢測方法，其特征在于，包括光點圖像初始化階段和入侵檢測階段，所述光點圖像初始化階段包括如下步驟 Si:調整攝像頭和光源的位置，拍攝檢測區(qū)域初始光點圖像； 所述入侵檢測階段包括如下步驟 S2:所述攝像頭進行拍攝并將拍攝到的光點圖像傳回主機； S3 :所述主機將攝像頭拍攝得到的圖像與初始光點圖像進行比較，判斷是否有外物入侵，如果有外物入侵，則報警，如果沒有外物入侵，則返回步驟S2繼續(xù)檢測。
2.如權利要求I所述的基于光點圖樣位移的入侵檢測方法，其特征在于，對光點圖像進行初始化包括調整攝像頭與光源的距離、調整光點的密度以及調整光點矩陣圖形。
3.如權利要求I或2所述的基于光點圖樣位移的入侵檢測方法，其特征在于，所述攝像頭與所述光源的距離范圍為10cm-20cm。
4.如權利要求I所述的基于光點圖樣位移的入侵檢測方法，其特征在于，判斷是否有外物入侵的方法為如果攝像頭拍攝得到的圖像上的光點相對于初始光點圖像發(fā)生位移，同時位移光點的數(shù)量不少于3且由所述位移光點圍成的凸多邊形內部沒有未位移光點，則表不有外物入侵。
5.如權利要求I所述的基于光點圖樣位移的入侵檢測方法，其特征在于，所述檢測區(qū)域上的光點密度為100個/m2-400個/m2。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種基于光點圖樣位移的入侵檢測方法，步驟為調整攝像頭和光源的位置，拍攝檢測區(qū)域初始光點圖像；攝像頭進行拍攝并將拍攝到的光點圖像傳回主機；主機將攝像頭拍攝得到的圖像與初始光點圖像進行比較，判斷是否有外物入侵，如果有外物入侵，則報警，如果沒有外物入侵，則返回繼續(xù)檢測。本發(fā)明的入侵檢測方法通過變更光點數(shù)量、光點矩陣圖樣及光源位置改變檢測范圍，具有在可變范圍內進行入侵檢測的能力，本發(fā)明通過調整光點以及圖像傳感器的參數(shù)能帶來檢測實時性和效率的提升，同時比較容易實現(xiàn)，成本低，具有很大的應用前景。
文檔編號G06K9/46GK102930682SQ201210380760
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月9日 優(yōu)先權日2012年10月9日
發(fā)明者劉雷波, 張威龍, 吳晨, 尹首一, 魏少軍 申請人:清華大學